Einfluss des Klimawandels auf die

Einfluss des Klimawandels auf die
Süßwasserressourcen der Erde
Petra Döll
Institut für Physische Geographie
Goethe-Universität Frankfurt
Auswirkungen des Klimawandels auf
Süßwasserressourcen
„ Kapitel 3 der AG II mit ca. 60 Seiten, davon 2 Seiten Executive Summary
„ Plus drei „Cross-Chapter Boxes“ zu 1) Süßwasserökosystemen, 2) der Rolle
der aktiven Vegetation sowie 3) dem Wasser-Energie-NahrungsmittelKlimawandel-Nexus
„ Plus Informationen in den regionalen Kapiteln
Heute:
„ Beobachtete Auswirkungen
„ Zukünftige Risiken/Auswirkungen
„ Klimaschutz und Wasser/Anpassung im Wassersektor
2
Was bedeutet:
Auswirkungen des Klimawandels wurden „beobachtet“?
Zweistufiges Vorgehen mit
Nachweis und Zuschreibung
(Fünfter Sachstandsbericht der Arbeitsgruppe II des IPCC 2014)
1.
Nachweis (Detection)
Es wird nachgewiesen, dass eine statistische
signifikante Änderung (Trend) einer Größe
stattgefunden hat, und sich nicht nur die
natürliche (Klima)variabilität auswirkt.
2.
Zuschreibung (Attribution)
Die nachgewiesene Änderung einer Größe
kann auf beobachtete Klimaänderungen
(natürliche und anthropogene) zurückgeführt
werden
3
Nachweis und Zuschreibung
Nachweis und Zuschreibung ist am klarsten, wenn
1. die Auswirkung vom Temperaturanstieg dominiert wird
2. es wenige nicht-klimatische Triebkräfte gibt, die sich verändert haben
(Gletscherschwund im Vergleich zu Wasserverschmutzung, aber siehe Abb.
3-2 zu beobachteten Auswirkungen des Klimawandels auf Wasserqualität)
4
Beobachtete Auswirkungen des Klimawandels in allen
Systemen (Literatur 2007-2013)
Abb. SPM.2a in IPCC AR5 WG II SPM 2014
5
Beobachtete Auswirkungen auf
Durchfluss in Einzugsgebieten mit Schnee
Außer in sehr kalten Gebieten
„ Maximale Schneemenge im Frühjahr hat sich verringert
„ Frühjahrsmaximum des Durchflusses tritt früher auf
„ Weniger Hochwässer durch Schneeschmelze
„ Höhere Durchflüsse im Winter
„ Verringert Niedrigwasserdurchflüsse im Sommer
„ Niederschlagsgetriebene Zunahmen des jährlichen Durchflusses
werden in der Arktis beobachtet.
6
Beobachtete Auswirkungen auf Gletscher und
die daraus gespeisten Wasserressourcen
„ Vorübergehende
„Schmelzwasserdividende“
„ Durch die geringere
Wasserspeicherung im Winter
gehen ab einem gewissen
Zeitpunkt die
Niedrigwasserabflüsse im
Sommer zurück (außer in
Monsungebieten)
7
Dürren und Hochwässer
„ Niederschlags- und Bodenwasserdürren haben in manchen Gebieten (einschl.
Südeuropa und Westafrika) seit 1950 zugenommen, aber in vielen anderen
Gebieten gibt es keine Belege für eine Änderung.
„ Es gibt sehr wenig Belege für eine Änderung des Auftretens von Durchfluss-
und Grundwasserdürren.
„ Für Hochwässer, die von Starkregenereignissen verursacht werden, und nicht
von Schneeschmelze, gibt es nur schwache Belege dafür, dass sie bereits
vom Klimawandel beeinflusst wurden
8
„Wurde dieses Hochwasser durch den
Klimawandel verursacht?“
„ Solche Fragen können bislang nicht beantwortet werden.
„ Ausnahme: Es gibt eine Studie zum Herbsthochwasser 2000 in Großbritannien (Pall et
al. 2011), in deren Rahmen tausende von Modellläufen mit einem Klimamodell für saisonale
Vorhersagen durchgeführt wurde, für die viele Bürger ihre privaten Computer zur Verfügung
stellten (www.climateprediction.net).
„ Es wurden die Niederschläge und Durchflüsse unter dem tatsächlichen Klima (mit
Klimawandel) und unter einer hypothetischen Welt ohne Klimawandel berechnet und die
unter diesen Bedingungen berechneten Durchflüsse miteinander verglichen.
Ergebnis:
Das Hochwasser im Herbst 2000 wurde
durch den Klimawandel zwei- bis dreimal
wahrscheinlicher als es ohne
Klimawandel gewesen wäre.
(Pall et al. 2011, vereinfacht von Graham Cogley)
9
Zukünftige Risiken des Klimawandels für das
Süßwasser
„ Die Unsicherheiten zukünftiger Projektionen sind groß, aber inzwischen gut
quantifiziert (Unsicherheiten bei Klimamodellen, Downscaling und
hydrologischen Modellen)
„ „Moderne“ Herangehensweise: Ensembles von Modellläufen generieren,
unter Nutzung der Szenarien einer Reihe von Klimamodellen als Input eines
oder besser mehrerer hydrologischer Modelle.
¾ Jeder Lauf wird als gleich wahrscheinlich betrachtet.
¾ Dann können Ensemble-Mittelwerte und die Wahrscheinlichkeitsverteilung
betrachtet werden
¾ Je nach „Sicherheitsbedürfnis“ können z.B. dann die Gegenden
identifiziert werden, bei denen z.B. 50% oder auch nur 10% aller Läufe
eine Verringerung der Wasserressourcen um 10% projizieren.
10
Beispiel: Änderung der Grundwasserneubildung in
Australien (Crosbie et al. 2013)
„ 16 Klimamodelle, 1 hydrologisches Modell
„ RSF: zukünftige GWR/historische GWR
11
Zukünftige Risiken des Klimawandels für das
Süßwasser
„ Eine große Anzahl von Modellierungsstudien seit dem 4. Sachstandsberichts
haben trotz der Unsicherheiten gezeigt, dass die wasserbezogenen Risiken
des Klimawandels deutlich mit steigenden
Treibhausgaskonzentrationen/globaler Erwärmung zunehmen
„ Siehe Tabelle 3-2 des Kapitels 3, mit Beispielen zu Hochwasser(schäden),
Wasserressourcen, Wasserknappheit, Änderungen des Fließregimes, mit
Auswirkungen auf Süßwasserökosysteme und Energieerzeugung, etc.
12
Beispiele für steigende Risiken
„ Im Durchschnitt wird der Anteil der
Weltbevölkerung, die von einer mindestens
20% Verringerung der Wasserressourcen
betroffen ist, je 1°C globaler Erwärmung
um durchschnittlich 7% zunehmen (Schewe
et al. 2013, 5 Klimamodelle, 11 globale
hydrologische Modelle).
„ Für jede weitere globale Erwärmung um
GWR-Abnahme > 30%
1°C werden ca. 4% der globalen
Landfläche (ohne Grönland und Antarktis)
von einer Verringerung der
Grundwasserressourcen um mehr als 30%
betroffen sein, und ca. 1% der Landflächen
von einer Verringerung um mehr als 70%
(Portmann et al. 2013, 5 Klimamodelle, 1
hydrologisches Modell).
13
Räumliche und saisonale Unterschiede hydrologischer
Größen nehmen durch den Klimawandel zu
Der Klimawandel wird die
Oberflächen- und
Grundwasserressourcen in den
meisten Gebieten mit
trockenen oder mediterranen
subtropischen Klima
verringern.
Dies wird die sektorale
Konkurrenz um Wasser
verschärfen.
14
Wissensdefizit: Einfluss der sich ändernden („aktiven“)
Vegetation auf die Evapotranspiration und damit den
Abfluss
„ CO2 ↑: Pflanzen transpirieren weniger (physiologischer Effekt): → Abfluss ↑
„ CO2 ↑: Pflanzen wachsen stärker (struktureller Effekt): → Abfluss ↓
„ Klima ändert sich: Pflanzen wachsen besser oder schlechter, oder andere Pflanzen
wachsen: → Abfluss ?
„ Insgesamt: → Abfluss ?
„ Hydrologische Modelle berücksichtigen diese Prozesse nicht, Vegetationsmodelle
kommen zu gegensätzlichen Ergebnissen (Davie et al. 2013)
Effect of considering increasing CO2 or not for computing
cc impact on mean annual runoff (Murray et al. 2012); red:
less runoff due to increasing CO2
15
Klimaschutz und Wasser (3.7)
„ Einige Klimaschutzmaßnahmen verursachen Risiken für Süßwassersysteme
(z.B. Bioenergie, Wasserkraft, Aufforstung)
„ Einige Wassermanagementmaßnahmen beeinflussen den Klimaschutz (z.B.
Wassermanagement für Reisfelder)
16
Anpassung an den Klimawandel im
Wassersektor (3.6)
„ Adaptives Wassermanagement mit flexiblen, „low-regret“ Lösungen, die auch
angesichts der durch den Klimawandel stark gestiegenen Unsicherheiten
funktionieren.
„ Sehr wenig Informationen zu den Kosten der Anpassung vorhanden.
17
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Pasterzenzunge mit Großglockner (3798 m), Österreich (www.gletscherarchiv.de)
18
Additional uncertainty
due vegetation
responding to CO2 and
climate change
5 GCMs, and 8 GHMs and 4 biome
models that take into account the
impact of CO2 increase
(Davie et al. 2014)
Two biome models compute increased runoff, two compute decreased runoff
compared to GHMs with passive vegetation!
19
Additional uncertainty due to
neglecting the active role of vegetation
Effect of considering increasing CO2 or not for computing cc impact on mean
annual runoff (Murray et al. 2012); red: less runoff due to increasing CO2
20